CN113547916B - 一种增程式电动汽车恒压模式控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增程式电动汽车恒压模式控制方法，当动力电池发生延时高压下电故障时，通过增程器进入恒压模式，向发电机发送扭矩请求为系统供电，发电机的扭矩按稳态和动态两部分计算，采用动态部分进行补偿，可以保证发电功率可良好跟随负载耗电功率。本发明在动力电池发生延时高压下电故障时，采用增程器作为供电源，采用了根据负载功率计算发电机扭矩请求的方法进行了恒压模式控制，保证了高压线路中电压的相对稳定，保证了各附件的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制领域，特别涉及一种增程式电动汽车恒压模式控制方法。
背景技术
增程式电动汽车是一种在纯电动模式下可以达到其所有动力性能，当动力电池SOC(State of Charge，荷电状态)较低时，增程器自动启动并为动力系统提供电能，以延长续航里程的电动汽车。其中增程器与驱动系统没有传动轴(带)等机械传动连接。增程器系统由EMS(Engine Management System，发动机管理系统)、发动机、GCU(Generator ControlUnit，发电机控制器)、发电机等零部件组成。
增程式电动汽车在运行过程中，当BMS(Battery Management System，电池管理系统)上报动力电池发生“延时高压下电故障”时(此时BMS允许动力电池在30～90s的时间保持运行，但充/放电功率会从故障发生瞬间的值逐渐降低到0kW)。
现有技术中，在车辆停止后，会控制切断所有高压电源，即控制增程器关闭、高压继电器断开。此时空调、PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)等高压用电器无法运行，DCDC(DC to DC Converter，直流-直流转换器)、座椅加热、方向盘加热、HMI(Human Machine Interface，人机交互界面)等低压用电器只能靠低压蓄电池中有限的电量短时间运行(一般20分钟内蓄电池电量耗尽)。这种情况下，在用户等待救援的过程中，若处于炎热/寒冷天气，车辆无法满足用户制冷/制热的需求，更无法满足用户使用车载娱乐设施的需求。
因此，在增程式电动汽车上，开发一种在动力电池发生“延时高压下电故障”时仍可进行高压供电的技术，尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种增程式电动汽车恒压模式控制方法，该方法在将增程器作为供电源的控制过程中，采用了根据负载功率计算发电机扭矩请求的方法进行了恒压模式控制，保证了高压线路中电压的相对稳定和各附件的正常运行。避免动力电池发生“延时高压下电故障”时不能满足用户的一些需求。
因此本发明所采用的技术方案如下：
一种增程式电动汽车恒压模式控制方法，当动力电池发生延时高压下电故障时，增程器以恒压模式工作，控制器向发电机发送扭矩请求，为系统供电，所述发电机的扭矩按如下方式计算：
T＝max[0,Tp] (1)
Tp＝Tp1+Tp2 (2)
T为控制器向发电机发送的扭矩请求；
Tp为根据负载功率计算的发电机扭矩请求；
Tp1为发电机扭矩中的稳态部分；
Tp2为发电机扭矩中的动态部分；
其中，对于稳态部分，按如下方式计算：
对于动态部分，按如下方式计算：
Vac为空调上报至控制器的输入电压；
Iac为空调上报至控制器的输入电流；
Vptc为PTC输入电压；
Iptc为PTC输入电流；
Vdc为DCDC上报至控制器的输入电压；
Idc为DCDC上报至控制器的输入电流；
Vbat为BMS上报至控制器的动力电池输出端电压；
Ibat为BMS上报至控制器的动力电池实际输出电流；
n为GCU上报至控制器的发电机转速；
η为发电机效率；
K为电压-扭矩调整系数，根据不同车型标定所得；
Vtag为高压零部件的额定工作电压；
Vg为GCU上报至控制器的直流母线电压。
进一步地，当同时满足以下所有条件时，进入恒压模式：
a)BMS向控制器上报动力电池有“延时高压下电故障”；
b)EMS未上报禁止发动机启动，且未上报限制发动机功率、扭矩、转速的故障；
c)GCU未上报禁止发电机使能，且未上报限制发电机功率、扭矩、转速的故障；
d)油量传感器显示剩余油量高于预设值a。
进一步地，恒压模式下，所述增程器做如下准备：
a)若此时增程器处于运行状态，则控制器向EMS发送“转速请求”，请求值为1000-3000rpm；同时向GCU发送“发电状态请求”和“扭矩请求”，请求发电，请求值为0Nm；
b)若此时增程器处于关闭状态，则控制器首先控制增程器启动，而后按a)方式执行。
进一步地，通过人机交互进入恒压模式控制准备。
进一步地，恒压模式下，若BMS反馈高压继电器断开，则控制器请求EPB夹紧，并自动将挡位切换至P挡。
进一步地，当满足以下任意条件时，恒压模式退出：
a)EMS上报了禁止发动机启动的故障，或者上报了限制发动机功率、扭矩、转速的故障；
b)GCU上报了禁止发电机使能的故障，或者上报了限制发电机功率、扭矩、转速的故障；
c)油量传感器显示剩余油量低于预设值a；
d)用户人为退出恒压模式。
与现有技术相比，本发明的优点体现在：
1.本发明在动力电池发生“延时高压下电故障”时，在车辆停止后，采用增程器作为供电源，可满足用户等待救援时的制冷、制热、车内娱乐等需求。
2.本发明在将增程器作为供电源的控制过程中，采用了根据负载功率计算发电机扭矩请求的方法进行了恒压模式控制，保证了高压线路中电压的相对稳定，保证了各附件的正常运行。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，并不认为是对本发明的限制。
图1是本发明增程式电动汽车恒压模式控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
本发明提供一种增程式电动汽车恒压模式控制方法，是在动力电池发生“延时高压下电故障”时，在车辆停止后，采用增程器作为供电源，供用户等待救援时的制冷、制热、车内娱乐等需求。本发明在将增程器作为供电源的控制过程中，采用了根据负载功率计算发电机扭矩请求的方法进行了恒压模式控制，保证了高压线路中电压的相对稳定，保证了各附件的正常运行。
具体地，本发明的控制方法通过如下策略实现：
1.恒压模式准备
1.1.恒压模式准入条件
同时满足以下所有条件，本发明的恒压模式进入准备过程：
a)BMS向控制器上报动力电池有“延时高压下电故障”；
b)EMS未上报禁止发动机启动，且未上报限制发动机功率、扭矩、转速的故障；
c)GCU未上报禁止发电机使能，且未上报限制发电机功率、扭矩、转速的故障；
d)油量传感器显示剩余油量高于预设值a，预设值自定义(优选值1L)。
1.2.恒压模式控制准备
1.2.1.恒压模式增程器准备
需要指出的是，由于发动机的扭矩响应速度比较慢，一般需要接近1s才能做完大幅扭矩调整；而发电机扭矩响应速度很快，一般在0.05s内可做完大幅扭矩调整。只有采用“发动机恒转速、发电机快速扭矩调整”的控制方法才能快速调整发电功率，以应对负载的波动，保证高压线路中电压的相对稳定。因此，恒压模式增程器准备方法如下：
a)若此时增程器处于运行状态，则控制器向EMS发送“转速请求”，EMS接受请求后保持某一恒定转速不变，转速值为1000-3000rpm(优选值2000rpm)；同时向GCU发送“发电状态请求”和“扭矩请求”，GCU接受请求，发电，扭矩值为0Nm。
b)若此时增程器处于关闭状态，则控制器控制增程器启动，而后向EMS发送“转速请求”，EMS接受请求后保持某一恒定转速不变，转速值为1000-3000rpm(优选值2000rpm)；同时向GCU发送“发电状态请求”和“扭矩请求”，GCU接受请求，发电，扭矩值为0Nm。
若控制器向EMS发送的转速请求值较低，在恒压模式控制过程中，当负载功率变化时，控制器向GCU发送的“扭矩请求”波动会比较大，可能造成车辆抖动，而发动机在高于2500rpm的转速运行时，噪音又较大。因此，为了保证用户有较好的NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)体验，控制器向EMS发送的转速请求优选值设定为2000rpm。
进一步地，在恒压模式下，还可进行如下准备：
1.2.2.恒压模式人机交互准备
a)控制器向HMI发送报警信息，用于提醒用户；同时请求打开双闪，用于警示其他车辆。
b)而后HMI显示“动力电池故障，车辆将禁止行驶，并采用增程器供电”；同时弹出“退出恒压模式”选项窗口，供用户操作，其中选项窗口设置了“退出恒压模式”、“最小化”等按钮。
1.2.3.恒压模式驻车准备
当BMS上报动力电池发生“延时高压下电故障”时，在车辆停止后，为了保证安全，需要控制车辆驻车，具体方法如下：
待车辆停止后，若BMS反馈高压继电器断开，则控制器请求EPB夹紧，并自动将挡位切换至P挡。
若BMS反馈高压继电器没断开，则保持当前挡位，并保留车辆的行驶能力(驾驶员可以按照自己的意图切换挡位，车辆仍可行驶)。
2.恒压模式控制
当执行完“恒压模式增程器准备”后，发动机限定在某一恒定转速不变，如2000rpm，控制器按照如下方法计算发电机扭矩请求：
T＝max[0,Tp] (1)
其中：
T为控制器向GCU发送的“扭矩请求”，单位为Nm；
Tp为根据负载功率计算的发电机扭矩请求，单位为Nm。
Tp由稳态部分Tp1和动态部分Tp2叠加而成，即：
Tp＝Tp1+Tp2 (2)
2.1.稳态部分Tp1
考虑到此时车辆不可行驶，耗能零部件只剩下空调、PTC等高压用电器，以及DCDC、座椅加热、方向盘加热、HMI等低压用电器，耗电功率一般在2-15kw之间波动，且低压用电器的直接能量来源为DCDC，因此稳态部分Tp1计算方法如下：
其中：
Vac为空调上报至控制器的输入电压，单位为V；
Iac为空调上报至控制器的输入电流，单位为A；
Vptc为PTC输入电压，单位为V；
Iptc为PTC输入电流，单位为A；
Vdc为DCDC上报至控制器的输入电压，单位为V；
Idc为DCDC上报至控制器的输入电流，单位为A；
Vbat为BMS上报至控制器的动力电池输出端电压，单位为V；
Ibat为BMS上报至控制器的动力电池实际输出电流，单位为A；
n为GCU上报至控制器的发电机转速，单位为rpm；
η为发电机效率，为实验所得的数据，可根据发电机实际扭矩、实际转速进行查表而输入至程序中。
需要指出的是，空调输入电压、PTC输入电压、DCDC输入电压、动力电池输出端电压等信号在理论上是相等的，但由于负载变化、高压线路压降、信号采集误差等因素，实际值可能会有差别。
2.2.动态部分Tp2
由于公式(3)中各零部件的电压和电流采集，以及发电机效率实验数据均存在误差：当控制器计算的稳态部分Tp1偏大时，增程器发电功率偏大，则高压线路中的电压会持续上升，会造成各零部件因过压而停机，甚至损坏；当控制器计算的稳态部分Tp1偏小时，增程器发电功率偏小，则高压线路中的电压会持续下降，造成各零部件因欠压而停机。因此本发明采用动态部分Tp2进行补偿，以保证发电功率可良好跟随负载耗电功率。动态部分Tp2计算方法如下：
其中：
K为电压-扭矩调整系数，根据不同车型标定所得，一般在0.1-10之间；
Vtag为高压零部件的额定工作电压，单位为V；
Vg为GCU上报至控制器的直流母线电压，单位为V；
Vac为空调上报至控制器的输入电压，单位为V；
Vptc为PTC输入电压，单位为V；
Vdc为DCDC上报至控制器的输入电压，单位为V。
需要指出的是，在同一车型上，各高压零部件的额定工作电压Vtag一般都是相同的；若不相同，为了保护高压零部件，则Vtag为各高压零部件额定工作电压中的最小值。
3.恒压模式退出
在恒压模式控制过程中，满足以下任意条件，则控制器退出恒压模式：
a)EMS上报了禁止发动机启动的故障，或者上报了限制发动机功率、扭矩、转速的故障。
b)GCU上报了禁止发电机使能的故障，或者上报了限制发电机功率、扭矩、转速的故障。
c)油量传感器显示剩余油量低于预设值a。
d)用户点击HMI上的“退出恒压模式”选项。
而后，控制器请求空调、PTC等高压用电器，以及DCDC、座椅加热、方向盘加热等低压用电器关闭；当各以上用电器反馈关闭后，控制器控制增程器停机。
需要指出的是，在动力电池“延时高压下电故障”排除前，增程器停机后无法再次启动。
Claims (2)
1.一种增程式电动汽车恒压模式控制方法，其特征在于：当动力电池发生延时高压下电故障时，增程器以恒压模式工作，控制器向发电机发送扭矩请求，为系统供电，所述发电机的扭矩按如下方式计算：
T为控制器向发电机发送的扭矩请求；
Tp为根据负载功率计算的发电机扭矩请求；
Tp1为发电机扭矩中的稳态部分；
Tp2为发电机扭矩中的动态部分；
其中，对于稳态部分，按如下方式计算：
对于动态部分，按如下方式计算：
Vac为空调上报至控制器的输入电压；
Iac为空调上报至控制器的输入电流；
Vptc为PTC输入电压；
Iptc为PTC输入电流；
Vdc为DCDC上报至控制器的输入电压；
Idc为DCDC上报至控制器的输入电流；
Vbat为BMS上报至控制器的动力电池输出端电压；
Ibat为BMS上报至控制器的动力电池实际输出电流；
n为GCU上报至控制器的发电机转速；
η为发电机效率；
K为电压-扭矩调整系数，根据不同车型标定所得；
Vtag为高压零部件的额定工作电压；
Vg为GCU上报至控制器的直流母线电压；
当同时满足以下所有条件时，增程器进入恒压模式，并通过人机交互进入恒压模式控制准备：
a）BMS向控制器上报动力电池有“延时高压下电故障”；
b）EMS未上报禁止发动机启动，且未上报限制发动机功率、扭矩、转速的故障；
c）GCU未上报禁止发电机使能，且未上报限制发电机功率、扭矩、转速的故障；
d）油量传感器显示剩余油量高于预设值a；
恒压模式下：
1）若此时增程器处于运行状态，则控制器向EMS发送“转速请求”，请求值为1000-3000rpm；同时向GCU发送“发电状态请求”和“扭矩请求”，请求发电，请求值为0Nm；
2）若此时增程器处于关闭状态，则控制器首先控制增程器启动，而后按1）方式执行；
恒压模式下，若BMS反馈高压继电器断开，则控制器请求EPB夹紧，并自动将挡位切换至P挡。
2.根据权利要求1所述的增程式电动汽车恒压模式控制方法，其特征在于：当满足以下任意条件时，恒压模式退出：
a）EMS上报了禁止发动机启动的故障，或者上报了限制发动机功率、扭矩、转速的故障；
b）GCU上报了禁止发电机使能的故障，或者上报了限制发电机功率、扭矩、转速的故障；
c）油量传感器显示剩余油量低于预设值a；
d）用户人为退出恒压模式。
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